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Propiedades de la Materia

Propiedades de la Materia

Si tenemos en cuenta que cada sustancia posee un conjunto único de propiedades o aquello que llamamos características que son las que nos permiten reconocerlas y de esta forma lograr distinguirla de otras diferentes sustancias.

Si ponemos atención en las propiedades del hidrógeno para poner de ejemplo, al igual que el agua y el oxigeno que hemos puesto en la imagen de la tabla del articulo anterior Compuestos quimicos. son los que nos permiten distinguir las diferencias de las sustancias.

Es posible agrupar en dos diferentes categorías las propiedades de la materia, estas son, físicas,y químicas. Sin necesidad de tener que cambiar la composición de las sustancias y sin cambiar la identidad de estas, es posible medir las propiedades físicas.

Se incluyen en las propiedades, olor,densidad,color,dureza y punto de ebullición.

Al ver las propiedades químicas notaremos como estas describen la forma en que determinada sustancia  puede reaccionar o cambiar para de esta manera formar otro tipo de sustancia. Notemos algunos de los ejemplos que podemos leer en libros de química, ” una propiedad química común es la inflamabilidad, la capacidad de una sustancia para arder en presencia de oxígeno”.

Propiedades Intensivas y Extensivas

Si pensamos en una propiedad donde el punto de fusión y la densidad, no son dependientes de la cantidad que se pueda usar como muestra para examinar. Dichas propiedades que son llamadas intensivas, para la química son muy útiles y esenciales, dado que muchas de estas, pueden servir para poder identificar una determinada sustancia.

En cambio las propiedades extensivas ( de las sustancias ) , si son dependientes de la cantidad que se puede usar en el muestreo e incluyen a su vez mediciones de maza y el volumen, estas propiedades extensivas si dependen de la cantidad de las sustancias presentes.

Aconsejamos ver el articulo de Clasificacion de sistemas repaso

formulación Inorgánica

formulación Inorgánica.

El lenguaje que utilizamos a diario para comunicarnos entre las personas, al referirnos en la química usamos fórmulas para la representación de los compuestos, estas formulas han de responder a determinadas reglas que ya están establecidas y que han ido variando a lo largo del tiempo, pero que no importa el idioma natal que tengas es igual a la miones, aniones, cationes, electrones, negativos, positivos,es como la música, un idioma universal.

La Valencia:

La valencia es la capacidad que los elementos poseen para lograr combinarse entre si, el átomo de hidrógeno es tomado como referente, al poseer valencia 1.

Es de esta forma que podemos definir la valencia como el número de átomos de hidrógeno que podrían ser combinados con otro átomo de cualquier elemento.

Número de oxidación o de valencia.

Cuando nos referimos al número de electrones de un átomo el cual puede ceder o captar (parcial o tonal) al formar un compuesto.

Ocurre que si es negativo cuando gana eletrones y es positivo al perder dichos electrones.

Cuando observemos el siguiente sistema periódico aparecen los números oxidación delos elementos más comunes.

Reglas Generales:

Las regla para una  fórmula química es escribir en primer lugar los elementos que se situan a la izquierda del sistema periodico (los menos electronegativos), y posteriormente en segundo lugar van los que estan situados a la derecha (los que son más electronegativos).

Como toda regla tiene una exepción y en este caso la excepción es el Fluor (F), (ya que posee una altisima electronegatividad), al ser combinado con el Hidrógeno (H), este se anotara en segundo lugar.

El aumento de la electronegatividad en un periodo del sistema periódico se ubican desde la izquierda asía la derecha.

Los compuestos inorgánicos

Como un apartado presentaremos una visión general de algunos de los muchos de los compuestos inorganicos de la naturaleza.

Sustancias Simples.

Reciben este nombre aquellas sustancias químicas constituidas por átomos de un mismo elemento. Las sustancias simples se formulan mediante el símbolo del elemento y se nombran con el nombre del elemento. (Ejemplo: Hierro=Fe; Sodio=Na.) Hay siete sustancias simples que son diatónicas (constituidas por dos átomos del mismo elemento):

Nitrógeno: N2.

Hidrógeno: H2

Oxígeno: O2.

Flúor: F2

Cloro: Cl2

Yodo: I2

Bromo: Br2

Compuestos binarios

Reciben este nombre aquellos compuestos químicos formados por la combinación de dos elementos. Podemos distinguir los siguientes grupos:

Con oxígeno

Óxidos ácidos (anhídridos)

Óxidos básicos.

Con hidrógeno

Hidruros metálicos.

Hidruros volátiles.

Haluros de hidrógeno (ácidos hidrácidos).

Sales binarias

Sales neutras.

Sales volátiles.

Compuestos ternarios

Reciben este nombre aquellos compuestos químicos formados por la combinación de tres elementos. Podemos distinguir los siguientes grupos:

Hidróxidos.

Ácidos oxoácidos.

Sales neutras ternarias (oxisales).

Compuestos cuaternarios

Reciben este nombre aquellos compuestos químicos formados por la combinación de cuatro elementos. Los más habituales son las sales ácidas.

Separación de Mezclas III

Separaciones de Mezclas.

La electrolisis

La electrolisis reacción de Redox no espontánea, se produce mediante el pasaje de una corriente eléctrica.

Es un proceso inverso al de la pila eléctrica  esto se lleva a cabo en un contenedor llamado cuba electrolítica.

Siempre en textos se pone como un ejemplo realmente simple el de la electrolisis del agua, cuando la corriente pasa descompone a este liquido en sus elementos constituyentes, hidrógeno y oxígeno.

Veamos en que consiste e proceso electrolítico.

Tanto se disuelve como se funde el electro-lito en determinados disolventes, esto se produce con el fin que dicha sustancia pueda ser separada en iones (ionización).

Se aplica una corriente eléctrica continua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentación eléctrica y sumergidos en la disolución.

El electrodo conectado al polo negativo se conoce como cátodo, y el conectado al positivo como ánodo.

Cada electrodo mantiene atraidos a los iones de carga opuesta. Así, los iones positivos, o cationes, son atraídos al cátodo, mientras que los iones negativos, o aniones, se desplazan hacia el ánodo.

La energía necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración en los electrodos es aportada por la fuente de alimentación eléctrica.

En los electrodos se produce una transferencia de electrones entre estos y los iones, produciéndose nuevas sustancias.

Los iones negativos o aniones ceden electrones al ánodo (+) y los iones positivos o cationes toman electrones del cátodo (-).

En definitiva lo que ha ocurrido es una reacción de oxidación-reducción, donde la fuente de alimentación eléctrica ha sido la encargada de aportar la energía necesaria.

Es importante tomar en consideración estos dos puntos.

1- Nunca debe juntar los electrodos, ya que la corriente eléctrica no va a hacer su proceso y la batería se va a sobrecalentar y se quemará

2 – Debe utilizar siempre corriente continua (energía de baterias) NO corriente alterna (energía de enchufe).

Es uno de los principales métodos químicos de separación. La principal ventaja del método electrolítico es que no es necesario aumentar la temperatura para que la reacción tenga lugar, evitándose pérdidas energéticas y reacciones secundarias.

Industrialmente es uno de los procesos más empleados en diferentes áreas, como la obtención de elementos a partir de compuestos (cloro, hidrógeno, oxígeno), la purificación de metales ( el mineral metálico se disuelve en ácido, obteniéndose por electrolisis el metal puro) o la realización de recubrimiento metálicos protectores y/o embellecedores (niquelado, cromado, etc.).

Gravimetrías.

Por gravimetría se entiende la separación de un componente de una disolución liquida mediante su precipitación a través de una reacción química.

La sustancia que se desea obtener reacciona con otra sustancia química, de forma que el resultado de la reacción es un producto sólido que precipita por gravedad en el fondo de la disolución y puede ser separado de ella por métodos físicos.

Ejemplo:

En separación de la plata de una disolución de nitrato de plata, se somete esta sustancia a reacción con ácido clorhídrico, obteniendo un precipitado blanco de cloruro plata insoluble.

Métodos de separación físicas: no destruyen las sustancias originales.

Métodos Físicos de Separación.

Los métodos utilizados para la separación de mezclas y de disoluciones utilizan como base las propiedades físicas y químicas de los componentes de estas.

A diferencia de éstos, en los métodos químicos si se destruyen las sustancias, son las siguientes.

Cristalización.

Este método se utiliza para separar una mezcla de sólidos que sean solubles en el mismo disolvente pero con curvas de solubilidad diferentes.

Una vez que la mezcla esté disuelta, puede calentarse para evaporar parte de disolvente y así comcentrar la disolución.

Para el compuesto menos soluble la disolución llegará a la saturación debido a la eliminación de partes de disolvente y precipitará.

Todo esto puede irse precediendo sucesivamente e ir disolviendo de nuevo los distintos precipitados (esto recibiría el nombre de cristalización fraccionada) obtenidos para irlos purificando hasta conseguir separar totalmente de dos sólidos.

Cada nueva cristalización tiene un rendimiento menor, pero con este método puede alcanzarse el grado de pureza que se desee.

Normalmente, cuando se quieren separar impurezas de un material, como su concentración es baja la única sustancia que llega a saturación es la deseada y el precipitado es prácticamente puro.

La cristalización es el proceso inverso de la disolución.

Filtración.

En la filtración, se hace pasar la mezcla por filtros de distintos tamaños, en los que quedan retenidas las partículas de mayor tamaño que los poros del filtro.

Es un método sencillo y barato, sólo es útil en algunas situaciones.

Es uno de los métodos más simples de separación física, que no altera las propiedades de las sustancias que intervienen.

Destilación.

La destilación y la destilación fraccionada es el método utilizado cuando se quieren separar dos líquidos  y uno de ellos es más volátil que el otro.

Es también útil cuando ambos líquidos tengan temperaturas de ebullición parecida. Cuando calentamos las mezcla e vapor que aparece está compuesto en mayor porcentaje por el líquido más volátil.

Se recoge el vapor y se enfría, obteniéndose un líquido de concentración distinta al original.

La mezcla inicial ha cambiado también de composición y por tanto también de punto de ebullición.

La destilación fraccionada se utiliza cuando combinamos distintas destilaciones, y con esto puede conseguirse que sólo quede liquido menos volátil y evaporar completamente (y volver a condensar) el más volátil.

Cromatografía.

La cromatografía se utiliza con los fluidos, que pueden ser gases o líquidos, se empuja a circular la mezcla por un sólido o un líquido que permanece estacionario (fase estacionaria).

Los distintos componentes de la mezcla circulan a velocidades diferentes por la fase estacionaria, y por lo tanto unos componentes están más tiempo retenidos de ella que otros, emergiendo después. Sirve como método físico de separación.

La fase estacionaria puede ser tipicamente un sólido poroso como la celulosa, o como el gel.

Las moléculas de menor tamaño pueden cruzar todos los poros e invierten más tiempo en el recorrido mientras que las moléculas mayores de la mezcla no “pierden tiempo” en los poros, emergiendo más rápidamente.

Centrifugación.

Se habla de centrifugación cuando tenemos partículas de distinto tamaño en un medio acuoso, éstas sedimentan hacia el fondo a una velocidad que depende de su peso.

Este efecto podría utilizarse para separar componentes de distinto peso, si no fuera porque las velocidades de sedimentación son pequeñísimas, por lo que el sistema no es útil.

Así, pues lo que se hace es aumentar dichas velocidades de sedimentación haciendo girar muy rápidamente la mezcla. En este caso, la fuerza centrifuga hace el papel de la gravedad (peso) y puede ser mucho mayor que éste haciendo girar muy rápido la mezcla: este es el principio de la centrifugacion y de la ultracentrifugación.

Se coloca la mezcla en un aparato que la haga girar a velocidad angular constante muy elevada.

Una vez está girando, la mezcla experimenta una aceleración centripeda que puede llegar a ser, en ultracentrifugadoras de laboratorio, unas 5.000.000 veces la aceleración de la gravedad.

Esta fuerza empuja a sedimentar, a distinta velocidad, a las partículas de distinta masa de la mezcla, creándose distintos estratos con las partículas de cada clase.

Este método es muy utilizado en biología y medicina.

Separación de Mezclas: Parte A, Parte I, Parte II, Parte III

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Lavoisier El padre de la Química moderna

Lavoisier Química moderna.

Poco antes de la toma de la bastilla según la historia, se presenta un libro con el titulo “Traité élementaire de Chimie”(tratado elemental de química), marzo de 1789Lavoisier de 46 años casado con Marie-Anne Pierrette Paulze quien gravo su libro este libro fue editado en vísperas de la revolución Francesa y se le considera el nacimiento de la química como ciencia, es tal su difusión entre los expertos que con el tiempo se convierte en en el documento fundamental de la química moderna ya que la alquimia era en ese entonces las ideas propias que prevalecían.

Lavoisier sigue las ideas de Robert Boyle que exponía su teoría la que da base a empírica, un elemento es aquella sustancia a partir de la cual nunca se han obtenido dos cosas distintas,en su lista de elementos químicos introduce metales y no metales que hoy conocemos, pero también hay algunos que ya desechados como sustancias  químicas tales como la luz y “el calórico”, también otros como la cal que el no supo como separar y otros tantos “alunina, sílice”.

Enuncia el principio de conservación de la materia en el capitulo XIII “en toda operación hay una misma cantidad de materia antes y después de la misma” trabajando con yeso intento mantener la relación de los pesos en las sustancias implicadas en cada reacción química incluyendo los gases.

Desde ese entonces la balanza se torna en una herramienta fundamental para los químicos, con el principio de conservación la química tiene su primer ley cuantitativa con esto adquiere su fundamentacion como ciencia.

Gran parte del texto esta dedicado a la descripciones de compuestos químicos, su mayoría cuantitativas pero tiene excepciones como el ejemplo de  lo que trata de composición y las que se refieren a las mediciones relacionadas con el calor.

Tiene en su contenido de modo persistente y sistemática la existencia del oxígeno en el aire, también la formación de óxidos, ya desde el punto de vista químico todos aquellos procesos de respiración, calcinación y combustión, echa por tierra la teoría del Flogisto.

Separación de sustancias.

Introducción:

En el tema operaciones fundamentales de laboratorio se dan una serie de pasos muy importantes para el desarrollo del programa de laboratorio por ejemplo podemos citar varios procedimientos como:

· La separación de mezclas de las cuales existen dos tipos como son las homogéneas y heterogéneas

· Cambios de estado el cual nos explica las diferentes formas en que podemos encontrar una sustancia

· Destilación que es un procedimiento de purificación de sustancias liquidas por medio de varios procesos

· Destilación simple que es una técnica para separar un liquido puro de impurezas no volátiles

Como podremos observar mas adelante este es uno de los temas más importantes en este curso

Parte experimental


En esta practica se siguieron los siguientes procedimientos:


Procedimiento

Balanza.

Observe y analice una balanza de triple escala Coloque en el plato una

Determinada cantidad de una sustancia cualquiera. Determine su peso.

Medida de líquidos.

Utilizando soluciones coloreadas e incoloras, mida un volumen determinado de

Cada disolución, utilizando corno instrumento de medida la pipeta, la bureta y la probeta.

Filtración Y evaporación.

Torne 20 gramos de una mezcla 50:50 de arena y cloruro de sodio (sal común). Agregue 30 mL de agua medidos con una probeta. Prepare el papel de filtro, doblando a la mitad en primera instancia, y luego a la mitad nuevamente. Empleando un embudo de espiga provisto del papel de filtro, realice la filtración de la mezcla,  reciba el filtrado en una cápsula de porcelana limpia, seca y previamente pesada.



Torne el filtrado y colóquelo sobre un cuadro de cedazo con asbesto y caliente con el mechero de Bunsen hasta lograr la evaporación hasta sequedad de contenido. Observe el residuo de la mezcla. Deje enfriar y pese la cápsula con su contenido. Obtenga el peso de la sal recuperada y obtenga el porcentaje de rendimiento.

Separación de mezclas

Prepare una mezcla de carbón, azufre y cloruro de sodio en partes iguales. Examine la mezcla cuidadosamente y observe como no es posible diferenciar sus componentes a simple vista.

Coloque cinco gramos de la mezcla en un tubo de ensayo y adiciones 10 mL de tetracioruro de carbono. Tape el tubo con un corcho y agítelo vigorosamente durante cinco minutos. Filtre el contenido y reciba el filtrado en una cápsula de evaporación. Deje que el tetracioruro de carbono se evapore libremente (solo).

Extienda ahora el papel de filtro con el residuo negro y espere a que se seque. Cuando este ~ pase el residuo a un ecienmeyer y agregue 10 ml de agua destilada. Caliente y agite por cinco minutos. Filtre y recoja el filtrado en una cápsula de porcelana. Caliente este filtrado hasta que se evapore toda el agua. Anote sus observaciones indicando sí el color de residuo obtenido y sus características principales.

Sublimación

Coloque unos pocos cristalitos de yodo en la cápsula de porcelana. Cubrala con un trozo de papel previamente agujereado con un alfiler (unos 50 agujeros). Coloque el embudo invertido sobre la cápsula y caliente muy suavemente la cápsula con el yodo. Describa lo observado en el experimenta.


Calor de solidificación

Saliente agua en un beaker para que sirva como baño María. En un tubo de ensayo previamente tarado, pese 10 gramos de parafina. En el beaker de 250ml, que se utilizará corno calorímetro, (previamente tarado) pese 1 50 gramos de agua. Sumerja en el baño María, el tubo de ensayo con la parafina hasta que ésta se funda. Evite el calentamiento excesivo. Saque el tubo de baño y dejélo enfriar hasta que aparezcan los primeros signos de solidificación de la parafina (nubosidad). En tanto la parafina se enfría, mida la temperatura de agua de calorímetro (beaker de 250 ml con 1 50 gramos de agua). Deje el termómetro en el beaker.

Cuando la primera nubosidad aparece, introduzca rápidamente el tubo con la parafina en el calorímetro y agite el agua con el mismo tubo. Cuando la temperatura de agua del calorímetro se equilibre mídala (esto es cuando ya no suba más). Repita el experimento para comparar resultados. Calcule la cantidad de calor necesaria para producir el cambio de temperatura de las masas de agua utilizada (suponga que el calor para cambiar la temperatura de vidrio de beaker es despreciable). Calcule el calor de solidificación de la parafina en Joules por gramo.

Determinación de Las sustancias solubles en agua en arena de mar

Pese hasta el centígramo, en un vidrio de reloj, aproximadamente 20 gramos de arena de mar seca. Mida con una probeta, 25 mL de agua y colóquela en un beaker de 250 mL. Agregue al agua en el beaker la arena de mar. Agite con el agitador de vidrio. Coloque el beaker sobre una rejilla con asbestos y caliente suavemente con el quemador Bunsen.

Proceda a separar la parte soluble de la parte insoluble por medio de decantación y filtración. Decante el contenido de¡ beaker a través de papel de filtro. Reciba el filtrado en una cápsula de porcelana previamente pesada. Determine si la disolución obtenida en el filtrado es de carácter ácido o básico por medio de papel de tornasol. Observe si hay residuo en el papel de filtro. Lave con dos porciones de agua caliente el contenido de beaker y vacíe los lavados a través del papel de filtro recibiéndolos en la cápsula.

Evapore el agua de la disolución que contiene la cápsula hirviendo moderadamente, colocándola para ello sobre la rejilla con asbestos. Evapore hasta sequedad con cuidado. Observe si hay un residuo en la cápsula, el color del mismo y el lugar de la cápsula donde quedó. Enfríe y pese ahora, la cápsula con el residuo y anote el peso. Calcule el porcentaje de sustancias solubles en la arena de mar usando la siguiente fórmula:

% residuo soluble = (peso del residuo soluble 1 peso de la arena) x 100

Separación de mezclas complejas

Se le entregará una mezcla de varias sustancias. Usted debe proponer un

Método de separación para cada una de ellas, y mostrarlo a su profesor para su aprobación. En caso de que la propuesta sea aprobada, procederá a realizar las operaciones experimentales necesarias para realizar el proceso y poder entregar al final de la sesión de laboratorio, los componentes de la mezcla debidamente separados e identificados. Un ejemplo de esta mezcla es la formada por: arena, carbón, acetona, tolueno,

Resultados

Datos cuantitativos

Instrumento o sustancia

Datos cuantitativos

Cápsula de porcelana

75.6 g

Vidrio de reloj

58.0 g

Areno de mar

10.0 g

Agua en la probeta

63 ml

Agua con colorante

59 ml

Sal sola

1.8 g

Sal en la cápsula

77.4 g

% de residuos solubles

18%

Datos cualitativos

1. Al calentar los cristales y dejar pasar el gas por medio de una servilleta y colocando un embudo se forman una serie de cristales en las paredes del mismo

Observaciones:

Todos los experimentos se llevaron acabo bajo condiciones normales de temperatura presión atmosférica

La practica se llevo acabo a las 8:30 hasta las 11:30

Discusiones

En el primer procedimiento la balanza colocamos en un vidrio de reloj una cantidad determinada de arena la cual fue pesada dando un resultado de su peso de 68 gramos incluyendo el vidrio.

Utilizan do una probeta procedimos a medir una determinada cantidad de agua. Su volumen fue de 63ml en el agua pura y de 59ml en otra muestra de agua con colorante.

Cuando tomamos 20g de una mezcla de 50:50 de arena y NaCl luego tomamos 30ml de agua en una probeta y mezclamos durante cierto tiempo para lograr uniformidad en la mezcla procedimos a filtrar la mezcla por medio de un embudo luego recibimos el filtrado en una cápsula de porcelana la cual pesa 75.6g. procedimos a calentar la mezcla en una plantilla con el grado de calor en 3 hasta lograr la evaporación total del agua. Cuando finalizo la evaporación pesamos la cápsula con su contenido de NaCl la cual pesa 77.4g lo que nos indico que el peso del NaCl era aproximadamente 1.8g.

Al finalizar el experimento realizamos una operación matemática que nos permite conocer el porcentaje de residuo soluble la cual es:

%residuo soluble =( peso del residuo/ peso de la arena)´100

En el proceso de sublimación colocamos unos cristales de yodo en la cápsula de porcelana cubriéndola con un trozo de papel agujereado luego colocamos un embudo sobre el papel.

Cuando se calientan los cristales sufren el proceso de sublimación que es el cambio de sólido a gas, cuando chocan contra las paredes del embudo que se encuentran a menor temperatura se condensa y se convierten en cristales de nuevo.

Conclusiones

Se realizaron una serie de mediciones las cuales dieron como resultado diversas medidas como con la probeta se midieron 63ml y 59ml, siguiendo los pasos exactos descritos en la teoría

También con la balanza se determino el peso de los diferentes instrumentos utilizados

Se separo una mezcla, y en el procedimiento se fueron dando los resultado como lo explica la teoría

Se dio un cambio de estado tal i como se dijo en el libro de texto

Bibliografía

Manual de procedimientos de laboratorio

· Química general manual de laboratorio